Способ применения ионообменной смолы. Ионообменные смолы для воды: применение и советы по эксплуатации
" статьёй Способы умягчения воды . Где опишем основные существующие способы и , как можно из жёсткой воды сделать мягкую воду. А также подробнее остановимся на одном из них, наиболее распространённом и надёжном.
Способы умягчения воды можно разделить на три и большие группы:
- химические способы.
- физические.
- экстрасенсорные.
Перед тем, как перейти к описанию способов, давайте для начала определимся с терминами. А именно с термином "умягчение воды ". Ранее, в статье "Жёсткая вода " мы затрагивали вопрос жёсткости воды и причин, которые её вызывают — а также последствий использования жёсткой воды. Соответственно, существует несколько определений термина "умягчение воды ", в зависимости от того, на каком этапе идёт воздействие —
- на этапе борьбы с причинами жёсткости воды или
- на этапе борьбы с последствиями использования жёсткой воды.
Понятное дело, этап воздействия на причину жёсткости воды будет бороться и с последствиями жёсткой воды. Но не наоборот. Соответственно, теперь можно перейти к способам умягчения воды. Химические реагентные способы умягчения воды мы затронем в другой статье, а сейчас поговорим про ионный обмен .
Химический способ борьбы с жёсткой водой основан на обмене. Обменом заведует ионо-обменная смола. Ионо-обменная смола — это длинные молекулы, собранные в полупрозрачные желтоватые шарики.
Из этих молекул торчат многочисленные отростки (очень-очень маленькие), к которым присоединяются частицы соли. Простой поваренной соли (ионы натрия).Один ион натрия на один отросток.
В процессе умягчения вода проходит через смолу, пропитывает её насквозь. Соли жёсткости заменяют натрий, связанный со смолой. То есть, происходит обмен — натрий высвобождается и течёт далее, а соли жёсткости остаются связанными со смолой. Причём важно знать, что вымывается из смолы в два раза больше солей, чем оседает, что связано с разницей в зарядах ионов.
Соответственно, рано или поздно (зависит от ёмкости смолы, количества очищенной воды и количества солей жёсткости) все соли натрия в смоле заменяются на соли жёсткости. И после этого смола перестаёт работать — так как больше нечего обменивать.
Для каждой смолы есть свой предел, который она может достигнуть, после чего перестаёт работать. После чего возможны два варианта обращения со смолой, которые зависят от того, в каком виде вы использовали эту смолу. Так, существует два варианта, в каких ионообменная смола работает.
Первый вариант — простой картридж, который располагается в стандартном корпусе, как для или для . Пример картриджа с ионообменной смолой:
Другой вариант — смола, которая насыпается в большой баллон (или не очень большой, зависит от фантазии инженеров). Поскольку баллон чаще всего похож на колонну (пропорциями), то он называется "ионообменная колонна". Она же называется "умягчитель", "ионообменник". Пример ионообменной колонны:
Отличия этих двух вариантов заключаются в количестве ионообменной смолы:
- Картридж с ионообменной смолой годится только для того, чтобы пить воду и иногда на ней готовить.
- Ионообменная колонна предназначена для очистки воды на всю квартиру, дом, производство.
Второй вариант, помимо большей стоимости при покупке, имеет нюанс: он требует постоянных затрат на покупку соли, которой восстанавливается фильтрующая способность смолы. Здесь мы возвращаемся к тем возможностям, что можно сделать с ионообменной смолой, когда она перестаёт работать. Так, вариант с картриджем таков — выкинуть. Хотя иногда встречаются люди, которые применяют к нему второй вариант, как к ионообменной колонне.
Ионообменная колонна всегда имеет спутника — бак с рассолом.
В этом баке специальная таблетированная соль растворяется и образует рассол.
Периодически (зависит от того, какой тип управления используется и от показателей воды) раствор соли протекает через смолу, вымывает соли жёсткости и меняет их на исходную соль. После промывок смола восстанавливает свои способности к ионному обмену.
Ионообменная смола так же может удалять и железо в небольших количествах. Трёхвалентное железо портит ионообменную смолу, смола необратимо забивается, и её нужно менять. Так что будьте внимательны и вовремя делайте анализ воды .
Какой фильтр лучше покупать? Какой больше нравится. И, естественно, тот, который в наибольшей степени позволяет вам достичь ваших целей (о чём говорилось в статье "Выбор фильтра для воды: сколько тратить? ").
Также следует учитывать особенности, связанные с размером эксплуатационных расходов на использование ионообменного фильтра. Так, для разных установок умягчения воды требуется разное количество соли на одинаковую производительность. И нужно следить, чтобы расходы на соль были минимальными . Так же показатель — количество сброса воды в канализацию при промывках. Чем больше тратится воды, тем дороже выходит обслуживание. Для ориентира — минимальный расход соли, который мне когда-либо встречался, при производительности 1,5 м3/час составлял 1,14 кг соли на регенерацию.
Ионный обмен — способ умягчения воды, который воздействует на причину жёсткости воды, чем делает её мягкой.
Другие способы умягчения воды мы рассмотрим в дальнейшем.
Свойства
Ионообменные смолы представляют собой твёрдые полимеры , нерастворимые, ограниченно набухающие в растворах электролитов и органических растворителях. Они способны к ионному обмену в водных и водноорганических растворах.
Ионообменные смолы получают путем полимеризации или поликонденсации.
Классификация
Ионообменные смолы относятся к следующим классам:
- Катионнообменные смолы (катиониты) - содержат кислотные группы
- Анионообменные смолы (аниониты) - содержат основные группы
- Амфотерные ионообменные смолы - содержат одновременно и кислотные, и основные группы
- Селективные ионообменные смолы - содержат комплексообразующие группы
- Окислительно-восстановительные смолы - содержат функциональные группы, способные к изменению зарядов ионов
Кроме того, ионообменные смолы могут содержать группы различных классов, относясь к полифункциональным смолам.
По структуре матрицы ионообменные смолы делятся на:
- гелевые - микропоры имеют молекулярные размеры. Они представляют собой гомогенные поперечносвязанные полимеры. Фиксированные ионы равномерно распределены по всему объему полимера. Гелевые ионообменные смолы обладают высокой обменной емкостью, однако характеризуются невысокой скоростью обмена
- макропористые - размеры пор смолы имеют размеры в десятки нанометров. Имеют фиксированную систему пор и каналов, определяемую условиями синтеза. Обменная ёмкость таких смол меньше, чем гелевых при высокой скорости обмена
Методы получения ионообменных смол
Как правило, ионообменные смолы получают методами полимеризации или полимераналогичных превращений.
Для получения ионообменных смол методом полимеризации используют мономеры, содержащие ионогенные группы. В случае полимераналогичных превращений ионогенные группы вводятся в инертный полимер.
Возможен синтез ионообменных смол способом поликонденсации, однако эти ионообменные смолы имеют менее однородную структуру, меньшую осмотическую стабильность и химическую стойкость.
Чаще всего используются сетчатые полимеры. Их получают суспензионной полимеризацией стирола , производных акриловой кислоты , винилпиридинов с диенами .
Применение
Ионообменные смолы в основном применяются:
- для умягчения и обессоливания воды в теплоэнергетике и других отраслях;
- для разделения и выделения цветных и редких металлов в гидрометаллургии;
- при очистке возвратных и сточных вод;
- для регенерации отходов гальванотехники и металлообработки;
- для разделения и очистки различных веществ в химической промышленности;
- в качестве катализатора для органического синтеза.
Ионообменные смолы используются в котельных, теплоэлектростанциях, атомных станциях, пищевой промышленности (при производстве сахара, алкогольных, слабоалкогольных и других напитков, пива, бутилированной воды), фармацевтической промышленности и других отраслях.
Литература
- Даффа реакция - Меди // Химическая энциклопедия в 5 томах. - М.: Большая Российская Энциклопедия, 1990. - Т. 2. - 671 с.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Ионообменные смолы" в других словарях:
Большой Энциклопедический словарь
- (сетчатые полиэлектролиты, ионообменные сорбенты, ионообменные полимеры), синтетич. орг. иониты. Твердые нерастворимые, ограниченно набухающие в р рах электролитов и орг. р рителях полимеры, способные к ионному обмену в водных и водно орг. р рах … Химическая энциклопедия
Синтетические органические иониты. Смолы, обменивающие с ионами внешней среды отрицательно заряженные ионы, называются анионообменными, положительно заряженные ионы катионообменными, а одновременно ионы того и другого знака полиамфолитами.… … Энциклопедический словарь
ионообменные смолы - Ion Exchange Resins Ионообменные смолы Синтетические иониты, полученные путем полимеризации или поликонденсации иономеров, содержащих активные группы, способные обмениваться ионами с раствором. Активные группы могут также вводится в готовый… … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.
> Ионообменная смола
Ионообменные смолы широко применяются в фильтрах систем очистки воды загородных домов, коттеджей, дачных участков. Наибольшее распространение эта фильтрующая среда получила в конце прошлого века.
Внешне ионообменная смола похожа на скопление маленьких шариков, диаметр которых не превышает миллиметра. Материал для изготовления этих шариков – специальные полимеры. Если незнакомый с таким видом сред человек посмотрит на смолу, то он сможет легко спутать ее с рыбьей икрой. Но на самом деле перед ним предстанет материал, который имеет уникальное и полезное свойство. Смола для фильтра может задерживать ионы различных примесей (начиная от металлов и заканчивая солями жесткости), меняя их на безопасные и безвредные ионы других веществ. То есть, происходит обмен ионами. Этот процесс и дал название фильтрующей среде – ионообменная смола.
А теперь давайте более подробно рассмотрим данный материал. С точки зрения химии, иониты (а это научное название ионообменной смолы), это высокомолекулярные соединения с функциональными группами, которые могут вступать в реакции обмена с ионами жидкости. Некоторые иониты могут также участвовать в реакциях окисления, восстановления, физической сорбции (поглощения некоторых соединений).
Смола для фильтра может иметь разную структуру: гелевую, пористую и промежуточную.
У ионитов гелевой структуры нет пор, и процесс ионного обмена происходит лишь тогда, когда смола находится в набухшем состоянии, похожем на гель (отсюда и название структуры).
Пористая, или макропористая, структура называется так, потому что на поверхности смолы находится большое количество пор, которые способствуют ионному обмену.
Промежуточная структура – среднее по свойствам между гелевой и пористой структурами.
В чем их существенное различие? Смола для фильтрагелевой структуры имеют большую обменную емкость, чем со смолой пористой структуры. Но зато ионообменная смола с порами имеет большую химическую и термическую стойкость, то есть она может задерживать большее количество примесей практически при любой температуре воды.
Еще одно разделение ионообменных смол по заряду ионов. Если в смоле происходит обмен положительно заряженных ионов (катионов), она называется катионитом; если же отрицательно заряженных (анионов), то ее название будет анионит. Практическое их отличие в способности обмена в воде с различным уровнем кислотности (уровня pH). Некоторые аниониты, например, могут «работать» при pH равным 1 – 6, а катиониты – при pH более 7. Правда, все эти тонкости больше нужно знать специалистам, подбирающим вам или другого источника.
Выпускаемая ионообменная смола, как правило, содержит ионы солей (хлористая или натриевая) или смесь солей с другими соединениями (натрий-водород, гидроксил-хлорид).
Смола для фильтров может быть разной,
все зависит от ее показателей
Самым важным из них является влажность смолы. Чем ее меньше, тем лучше. Как правило, удаляется влага из смолы еще перед упаковкой в специальных центрифугах.
Еще один важный показатель характеристики ионообменный смолы – это ее емкость. Она показывает, какое количество исходных ионов приходится на единицу массы или объема смолы. Отсюда выделают весовую и объемную емкости и, отдельно, – рабочую. Первые две емкости являются стандартными величинами, определяются они в лабораториях и указываются в характеристиках готовой продукции.
Рабочая ионообменная емкость – величина, не измеряемая в лабораториях, так как зависит она от очень многих «рабочих» параметров: размеров слоя смолы, уровня загрязненности очищаемой воды, скорости потока и многих других. Когда рабочая ионообменная емкость смолы исчерпает себя, это будет значить, что ионы в ней полностью обменялись с ионами примесей, и необходимо восстановить ее фильтрующую способность (рабочую емкость).
Для каких же целей используется ионообменная смола? Фильтры с ионообменной смолой применяются в системах водоочистки загородных домов, коттеджей, дач для удаления солей жесткости или умягчения воды. В таких фильтрах ионы магния и кальция заменяются безвредными ионами натрия, а в качестве регенерационной жидкости, восстанавливающей рабочую ионообменную емкость смолы используется концентрированный раствор поваренной соли.
Также фильтры с ионообменной смолой могут применяться для удаления железа, марганца и прочих элементов, но применяемая в них смола будет стоить дороже из-за своей «универсальности».
Синтетические высокомолекулярные (полимерные) органические иониты - высокомолекулярные синтетические соединения с трехмерной гелевой и макропористой структурой, которые содержат функциональные группы кислотного характера, способные к реакциям ионного обмена. Ионообменная смола представляет собой скопление достаточно мелких шариков, именуемых для простоты "смолой". Внешне такая смола может напоминать рыбью икру. Однако, эта "икра" обладает уникальными свойствами. Шарики смолы способны улавливать из воды ионы различных веществ и "впитывать" их в себя, отдавая взамен "запасенные" ранее ионы. Таким образом осуществляется ионный обмен - отсюда и обобщающее название этих смол - "ионообменные" или более по научному "иониты".
Свойства
Ионообменные смолы представляют собой твёрдые полимеры, нерастворимые, ограниченно набухающие в растворах электролитов и органических растворителях. Они способны к ионному обмену в водных и водноорганических растворах.
Макропористые смолы гетерогенны; их частицы имеют губчатую структуру, т. е. пронизаны системой сквозных пор, средний диаметр которых намного превышает размеры молекул растворителя и обменивающихся ионов. Раствор электролита свободно проникает по порам внутрь частиц таких ионообменных смол, что значительно облегчает ионный обмен, особенно в неводных средах.
Ионообменные смолы можно рассматривать как нерастворимые полиэлектролиты. Поливалентный (многозарядный) ион, образующий структурный каркас ионообменной смолы , практически неподвижен из-за огромной молекулярной массы. Этот ион-каркас, или ион-сетка, связывает малые подвижные ионы противоположного знака (противоионы), которые способны к эквивалентному обмену на ионы окружающего раствора. Средний размер частиц таких ионообменных смол составляет 0,2-2,0 мм , насыпная масса 0,5-0,9 т /м 3 .
Некоторые типы ионитов обладают способностью вступать в реакции комплексообразования, окисления-восстановления, а также способностью к физической сорбции ряда соединений.
Важнейшим показателем ионообменных смол является влажность, так как в силу гидрофильности функциональных групп ионообменных смол влага, содержащаяся в смоле, является "химически связанной". Причем специальное удаление этой влаги приведет при последующем использовании смолы только к физическому разрушению гранул. "Внешняя" же влага, не связанная химически с функциональной группой смолы, как правило, удаляется перед упаковкой или с помощью центрофугирования или фильтрования.
Следующей важной характеристикой ионообменных смол является ионообменная емкость - весовая, объемная и рабочая .
Весовая и объемная емкости являются стандартными показателями, определяются в лабораторных условиях по стандартным методикам и указываются в паспортных данных на готовую продукцию.
В то же время, рабочая ионообменная емкость не может быть измерена в лабораторных условиях, так как зависит от геометрических размеров слоя смолы и от конкретных характеристик обрабатываемых растворов (уровня регенерации, скорости потоков, концентрации растворенных веществ, требуемых показателей качества обрабатываемого раствора, точного размера частиц).
Классификация
В соответствии с общей классификацией ионитов ионообменные смолы делят на катионообменные (поликислоты), анионообменные (полиоснования) и амфотерные, или биполярные (полиамфолиты). Катионообменные смолы бывают сильно- и слабокислотные, анионообменные - сильно- и слабоосновные. Если носителями электрических зарядов молекулярного каркаса ионообменной смолы являются фиксированные ионы (функциональные, или ионогенные, группы) только одного типа, например сульфогруппы, то такие ионообменные смолы называются монофункциональными. Если же смолы содержат разнотипные ионогенные группы, они называются полифункциональными. По структурному признаку различают микропористые, или гелевидные, и макропористые ионообменные смолы . Частицы гелевидных смол гомогенны; ионный обмен в системе гелевидная смола - раствор электролита возможен лишь благодаря диффузии обменивающихся ионов сквозь молекулярную сетку набухшего ионита.
Иониты имеют гелевую, макропористую и промежуточную структуру.
Гелевые иониты лишены истинной пористости и способны к ионному обмену только в набухшем состоянии.
Макропористые иониты обладают развитой поверхностью из-за наличия пор и поэтому способны к ионному обмену как в набухшем, так и в ненабухшем состоянии.
Гелевые иониты характеризуются большей обменной емкостью, чем макропористые , но уступают им по осмотической стабильности, химической и термической стойкости.
Иониты представлены анионитами - материалами, способными к обмену анионов, и катионитами - материалами, обменивающими катионы.
Ионообменные смолы относятся к следующим классам:
- Катионнообменные смолы (катиониты) - содержат кислотные группы
- Анионообменные смолы (аниониты) - содержат основные группы
- Амфотерные ионообменные смолы - содержат одновременно и кислотные, и основные группы
- Селективные ионообменные смолы - содержат комплексообразующие группы
- Окислительно-восстановительные смолы - содержат функциональные группы, способные к изменению зарядов ионов
АНИОНИТЫ подразделяются на:
- сильноосновные , способные к обмену анионов любой степени диссоциации в растворах при любых значениях рН;
- слабоосновные , способные к обмену анионов из растворов кислот при рН 1-6;
- промежуточной и смешанной активности .
КАТИОНИТЫ подразделяются на:
- сильнокислотные , обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН;
- слабокислотные , способные к обмену катионов в щелочных средах при рН > 7.
Кроме того, ионообменные смолы могут содержать группы различных классов, относясь к полифункциональным смолам.
По структуре матрицы ионообменные смолы делятся на:
- гелевые - микропоры имеют молекулярные размеры. Они представляют собой гомогенные поперечносвязанные полимеры. Фиксированные ионы равномерно распределены по всему объему полимера. Гелевые ионообменные смолы обладают высокой обменной емкостью, однако характеризуются невысокой скоростью обмена
- макропористые - размеры пор смолы имеют размеры в десятки нанометров. Имеют фиксированную систему пор и каналов, определяемую условиями синтеза. Обменная ёмкость таких смол меньше, чем гелевых при высокой скорости обмена
Методы получения ионообменных смол
Получают ионообменные смолы полимеризацией, поликонденсацией или путём полимераналогичных превращений, так называемой химической обработкой полимера, не обладавшего до этого свойствами ионита. Среди промышленных ионообменных смол широкое распространение получили смолы на основе сополимеров стирола и дивинилбензола. В их числе сильнокислотные катиониты, сильно- и слабоосновные аниониты. Основным сырьём для промышленного синтеза слабокислотных катионообменных смол служат акриловая и метакриловая кислоты и их эфиры. В больших количествах производят также ионообменные смолы на основе феноло-альдегидных полимеров, полиаминов и др. Направленный синтез ионообменных смол позволяет создавать материалы с заданными технологическими характеристиками.
Как правило, ионообменные смолы получают методами полимеризации или полимераналогичных превращений.
Для получения ионообменных смол методом полимеризации используют мономеры, содержащие ионогенные группы. В случае полимераналогичных превращений ионогенные группы вводятся в инертный полимер.
Возможен синтез ионообменных смол способом поликонденсации, однако эти ионообменные смолы имеют менее однородную структуру, меньшую осмотическую стабильность и химическую стойкость.
Чаще всего используются сетчатые полимеры. Их получают суспензионной полимеризацией стирола, производных акриловой кислоты, винилпиридинов с диенами.
Как правило, иониты выпускаются в солевых (натриевая, хлористая) или смешанно-солевых формах (натрий-водородная, гидроксильно-хлоридная). Кроме того, выпускаются иониты, практически полностью переведенные в рабочую форму (водородную, гидроксильную и др.). Выпускаются также готовые смеси ионитов для использования в фильтрах смешанного действия.
Применение
Ионообменные смолы применяются в водоочистке с 60-х годов XX века, но особенное распространение получили в конце 80-х - в 90-х годах.
Ионообменные смолы используют для обессоливания воды, извлечения и разделения редких элементов, очистки продуктов органического и неорганического синтеза и др.
Ионообменные смолы в основном применяются:
- для умягчения и обессоливания воды в теплоэнергетике и других отраслях;
- для разделения и выделения цветных и редких металлов в гидрометаллургии;
- при очистке возвратных и сточных вод;
- для регенерации отходов гальванотехники и металлообработки;
- для разделения и очистки различных веществ в химической промышленности;
- в качестве катализатора для органического синтеза.
Ионообменные смолы используются в котельных, теплоэлектростанциях, атомных станциях, пищевой промышленности (при производстве сахара, алкогольных, слабоалкогольных и других напитков, пива, бутилированной воды), фармацевтической промышленности и других отраслях.
Ионный обмен – процесс обмена между теми ионами, которые находится в растворе, и ионами, находящимися на поверхностях твердой фазы материалов (ионитов). Сущность метода ионообменной очистки воды определяется областью его применения.
Самым эффективным способом водоподготовки и умягчения воды сегодня считается именно ионный обмен. Данная методика широко применяется и в промышленности, и в быту. Жесткость воде придают растворенные в ней соли магния и кальция, а ионный обмен регулирует их содержание и, соответственно, нормализует состав. В итоге минеральные соли жесткости заменяются на другие химические структуры, и вода сохраняет нужные свойства. Для проведения водоподготовки путем ионного обмена используются специальные фильтрующие устройства – сначала их заполняют ионитами, а потом запускают воду.
Вода просачивается сквозь ионообменный материал, в результате чего в ней большая часть ионов электролитов заменяется на иониты, изменяется химическая структура и жидкости, и реагента, уходит жесткость. В отличие от аэрации, ионная очистка не приводит к выпадению солей жесткости в осадок, а значит, устанавливать дополнительные фильтрующие устройства не требуется.
Принципы и технология работы ионных умягчителей
Самый популярный химический реагент, используемый для водоподготовки ионным способом – это специальная смола. Она представляет собой твердое вещество неорганического происхождения с пористой структурой. В состав смолы входят различные функциональные добавки, которые и отвечают за протекание реакций ионного обмена. Форма выпуска – гранулы разных размеров (они являются произвольными). Если смола была получена в ходе полимеризации, она будет шаровидной, а если путем поликонденсации, то неправильной формы. При взаимодействии с водой смола набухает.
Смола в процессе замены ионов солей жесткости постепенно утрачивает первоначальный состав, рабочие характеристики в ходе эксплуатации безвозвратно изменяются. Чтобы восстановить работоспособность реагента, обычно используется раствор обычной поваренной соли, реже, но тоже может применяться лимонная кислота. Учтите, что восстановление солью не вернет смоле все первоначальные качества, поэтому со временем ионные фильтры меняют. Если все делать правильно и регулярно очищать вещество, оно прослужит вам около трех лет.
Ионообменный метод очистки воды: плюсы и минусы
К очистке ионообменным способом обычно прибегают в том случае, если нужно подготовить воду с высокой минерализацией – то есть около 100-200 мг солей на один литр. Ионообменные умягчители могут эффективно работать с очень высоким уровнем жесткости. Есть у них минусы? Да, как и у любых других систем, поэтому давайте рассмотрим преимущества и недостатки ионообменной технологии водоподготовки более подробно.
Достоинства:
- Очень высокое качество очистки и умягчения воды.
- Снижение содержания в жидкости не только солей жесткости, но и других вредных веществ.
- Простота эксплуатации и обслуживания.
Недостатки:
- Высокие расходы на восстановление химических реагентов.
- Необходимость правильной утилизации использованных реагентов.
- Низкий показатель гидрофильности смолы.
Впрочем, в передовых системах все минусы являются практически незаметными – расход реагентов в них медленный, а за счет специальных катализаторов процесс обработки воды возрастает в разы.
Технология умягчения воды с помощью ионов: необходимое для работы оборудование
Технические особенности оборудования и его стоимость определяются с учетом сферы применения – фильтры для стоков бывают очень габаритными, в то время как бытовые устройства максимально компактные и малошумные. Минимальный ценник на домашнюю систему подготовки воды составляет 300 долларов. Основные форм-факторы:
- Маленькие стационарные устройства со сменными картриджами.
- Ионообменные колонны – габаритные устройства, которые подключаются непосредственно к водопроводу.
Бытовая система ионного обмена оснащается несколькими баллонами и насосом. Фильтры колонного типа состоят из:
- рабочей емкости – имеет вид герметичного бака или баллона, заполненного ионообменной смолой.
- клапана с электронным процессором, управляющим подачей воды.
- емкости для восстановительного материала – имеет вид бака, куда засыпается соль.
Работа умягчителей является полностью автоматизированной – процессор подает воду в колонну, та попадает в ионообменную среду и отдает смоле ионы солей жесткости, после чего очищенная вода через шланг вывода подается к устройствам водопотребления. Когда реагент истощается, устройство направляет немного жидкости в специальный бак, и после насыщения соляным раствором она снова возвращается в смоле. Циркуляция продолжается до тех пор, пока система не будет восстановлена. В принципе бытовые и промышленные системы между собой различаются только размерами рабочих емкостей и типами используемых реагентов – принцип действия у них один.
Очистка воды методом ионного обмена и правила восстановления смолы
В фильтрационных установках с картриджами восстановление смолы осуществляется строго вручную. Порядок действий:
- Для начала нужно перекрыть подачу воды в фильтр, а затем сбросить внутреннее давление.
- Достаньте картридж со смолой и промойте его под проточной водой.
- Высыпьте смолу в отдельную посудину и покройте соляным раствором (если картридж разбирается) или опустите в раствор картридж целиком. Раствор готовьте из расчета 100 г соли на литр воды, воды нужно в среднем 2-4 л.
- Оставьте смолу в растворе примерно на 6-8 часов, затем слейте раствор и промойте смолу предварительно отфильтрованной чистой водой 2-3 раза.
- Установите картридж в исходное положение.
В первых литрах воды, пропущенных через только что очищенный фильтр, может ощущаться легкий вкус соли – это нормально.
Умягчение воды катионированием
Кроме ионной водоподготовки, процесс умягчения воды часто называется как катионирование. Под катионированием подразумевается процесс обработки жидкости с применением методики ионного обмена, в результате чего происходят процессы катионного обмена. С учетом типа ионов (Н+ или Na+), которые находятся объеме катионита, выделяют два вида катионирования – Н и Na.
Натрий-катионитовый метод
Натрий-катионитовый метод применяется для умягчения воды с процентным содержанием взвешенных веществ до 8 мг/л и цветностью воды не больше 30 град. снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, а при двухступенчатом до 0,01 мг-экв/л. Преимущества способа – доступность, низкая цена, простая утилизация продуктов регенерации.
Водород-катионитовый метод
Водород-катионитовый метод используется для глубокого умягчения воды. Он основывается на фильтровании жидкости через слой катионита. При Н-катионировании рН фильтрата снижается в значительной мере, происходит это за счет образующихся в ходе процесса кислот. Углекислый газ уделяется дегазацией. Регенерация Н-катионита в этом случае производится 4 – 6% раствором кислоты (HCl, H2SO4).
Другие физико-химические методы очистки воды
Все физико-химические способы очистки воды направлены на удаление растворенных в ней примесей, а в ряде случаев и взвешенных частиц. Многие методики физико-химической очистки также требуют глубокого предварительного выделения из стоков взвешенных включений, для чего применяется процесс коагуляции. Основные методики физико-химической очистки воды:
- сорбция;
- и ионообменная очистка;
- нейтрализация;
- гиперфильтрация;
- экстракция;
- эвапорация;
- выпаривание, испарение, кристаллизация.
При этом самым востребованным способом является именно метод флотации, направленный на извлечение из водных масс нефтепродуктов и других гидрофобных частиц с помощью газовых пузырьков. В основе процесса очистки лежит молекулярное слипание частичек масла и пузырьков тонкодиспергированного газа. Образование пузырьков зависит от интенсивности их столкновения, а также химического взаимодействия веществ в воде, избыточного давления газа, прочих факторов.
Почему полезно умягчать воду методом ионного обмена? Перспективы применения метода
Ионный обмен – это, пожалуй, одна из самых популярных сегодня методик умягчения, опреснения и обессоливания воды, а также практичный способ рекуперации ионных компонентов. Он позволяет извлекать, а затем утилизировать ценные примеси, поэтому широко применяется в промышленности, аналитической химии. Посредством ионного обмена концентрируются следовые количества определяемых веществ, рассчитывается суммарное солесодержание растворов, удаляются мешающие анализу ионы, разделяют компоненты сложных смесей. Ионный обмен используется для получения обессоленной и умягченной воды в таких отраслях как цветная металлургия, электронная промышленность, атомная и тепловая энергетика, пищевая отрасль, очистка сточных вод, пр. Ведутся активные работы, направленные на создание станций для извлечения ценных компонентов из океанских глубин.